宋起超 楊春光 葛洪軍 胡維慶 徐鹿眉 黑龍江工程學院電子工程系 150050

電氣工程及其自動化專業(yè)CDIO 模式實踐教學改革探索

宋起超 楊春光 葛洪軍 胡維慶 徐鹿眉 黑龍江工程學院電子工程系 150050

分析了目前工科院校中實踐性教學環(huán)節(jié)的現(xiàn)狀和存在的問題，介紹了我國電氣工程及其自動化專業(yè)的背景與定位；并結合我院基于CDIO 工程教育理念的改革思路，將CDIO 教育理念融入實踐性課程設置和教學過程中，針對專業(yè)的實踐環(huán)節(jié)中課程實驗、課程設計和畢業(yè)設計的指導思想、教學模式、設計內(nèi)容、實施過程和評價手段的改革與實踐做出總結，希望對于應用型本科學生的工程實踐能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)起到一定的作用。

1 引言

CDIO 是國際創(chuàng)新型工程教育模式，它是由美國麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學歷經(jīng)四年的研究成果。CDIO 是構思(Conceive)、設計(Design)、實現(xiàn)(Implement)、運作(Operate)四個英文單詞的縮寫，它是“做中學”和“基于項目教育和學習”的集中概括和抽象表達。CDIO 以產(chǎn)品研發(fā)的全過程為載體，培養(yǎng)學生工程基礎知識、個人、人際團隊和工程系統(tǒng)這四個方面的能力?；趪鴥?nèi)外這種現(xiàn)狀，我們提出以體現(xiàn)當今工程教育中先進教育理念CDIO 模式為指導思想，對整個人才培養(yǎng)模式作了較為深入的改革和探索。

2 工科教學中實踐性教學環(huán)節(jié)的現(xiàn)狀和問題

工科院校的實踐性教學一般分為：課程實驗、課程設計、實習環(huán)節(jié)和畢業(yè)設計。在這些教學環(huán)節(jié)中，“重知識、輕能力，重學術、輕應用，重說理、輕實效”是工科教學存在的普遍問題。而實踐性教學存在的問題和現(xiàn)象主要表現(xiàn)為：在教育思想上，缺乏研究與重視不夠，工程教育思想與觀念存在模糊不清。在教學體系上，缺乏整體優(yōu)化與應有的相對獨立性，被當作課堂教學的附屬物。在教學內(nèi)容上，缺乏認真的梳理與更新，理論與實踐之間存在脫節(jié)。在教學方法上，缺乏有效的手段與載體，教師與學生之間互動性差。在教學條件上，缺乏應有的投入，實踐環(huán)節(jié)的設備與師資隊伍的建設管理有待加強。在教育觀念上，教師包辦代替，學生缺乏自主學習意識與能力。在學生自身的情況上，功利思潮帶來的輕視專業(yè)思想，以及學習積極性不高，眼高手低等等。這些存在的問題和現(xiàn)象急需重視和解決。

3 電氣工程及其自動化專業(yè)特色

我院的電氣工程及其自動化專業(yè)創(chuàng)辦之初，就定位于應用型人才的培養(yǎng)，在參考《普通高等學校本科專業(yè)目錄》的基礎上結合專業(yè)創(chuàng)辦時社會需求情況，我們適當?shù)脑黾恿藢嵺`性環(huán)節(jié)，當時對于培養(yǎng)畢業(yè)生的適應能力和開拓專業(yè)特色奠定了基礎。2007年對專業(yè)計劃進行了大幅度調(diào)整，從培養(yǎng)應用型和復合型人才出發(fā)，尤其對實踐教學模式進行了系統(tǒng)研究，初步形成了具有電氣工程及其自動化專業(yè)應用型特色的實踐教學模式。將依附于理論教學中的分散的實驗課和課程設計等教學環(huán)節(jié)加以高度集中，建立了分層次、分階段、分步實施和循環(huán)設置的實踐教學環(huán)節(jié)。全面強化實驗與實踐教學環(huán)節(jié)，貫徹理論—實踐—再理論—再實踐的教學方法，使實踐與理論學習結合更加緊密，實踐促進理論學習，理論充實實踐能力。

4 CDIO 模式實踐性教學環(huán)節(jié)的改革與實踐

4.1 CDIO 工程教育模式

CDIO的理念不僅繼承和發(fā)展了歐美20多年來工程教育改革的理念,更重要的是提出了系統(tǒng)的能力培養(yǎng)、全面地實施指引(包括培養(yǎng)計劃、教學方法、學生考核以及學習構架)以及實施檢驗的12條標準,具有可操作性。CDIO 工程教育的理念是充分利用大學學科齊全、學習資源豐富的條件，以盡可能接近工程實際，涉及技術、經(jīng)濟、企業(yè)和社會的團隊綜合設計項目為主要載體，結合專業(yè)核心課程的教學，使學生得到全面的訓練和提高。構思、設計、實施和運作包含了對概念和實踐的理解和創(chuàng)新，對科技和非科技的各種制約條件的理解與妥協(xié)，對實踐能力的培養(yǎng)和對產(chǎn)品的改善、提高以及對社會、歷史、環(huán)境的反思和對服務的創(chuàng)新。

4.2 SESC-CDIO模式的“板塊式”實踐教學體系構建

我們基于CDIO 工程教育理念的“做中學”和“基于項目教育和學習”的思想，結合應用型本科院校人才培養(yǎng)目標，把專業(yè)與企業(yè)硬軟技能深度融合作為基礎平臺，并與CDIO工程教育理念對接，構建了高等專門人才培養(yǎng)模式（Speciality專業(yè)、Enterprise企業(yè)、Skill技能、Cooperation合作），改革了課程實驗、課程設計、實訓及畢業(yè)設計等環(huán)節(jié)，構建了各部分“板塊式”的體系結構。

（1）課程實驗改革

改革以往課程實驗以課程為主題，以知識點為核心，專業(yè)內(nèi)各課程間條塊分割，沒有整體優(yōu)化和統(tǒng)一的培養(yǎng)目標的缺點，提出課程實驗的“板塊化”設置。板塊化實驗項目的設置以專業(yè)核心課程和相應的選修課程之間知識點的相互聯(lián)系為原則，強調(diào)基于項目的實驗構思、設計、實現(xiàn)、運作。讓課程實驗真正起到“親身經(jīng)歷與感受”的作用。

我們把教學實驗設計成若干個具體的實際工程系統(tǒng)，每個工程系統(tǒng)有3 級項目組成，1 級項目為工程要求，提出總的培養(yǎng)目標和要培養(yǎng)的工程實訓能力。2 級項目為進一步劃分的工程各子系統(tǒng)的設計與分析；3 級項目才是具體的實驗內(nèi)容和試驗科目。通過基于SESC-CDIO 模式的相對獨立的板塊式實驗教學課程改革的探索，我們在人才培養(yǎng)上初步實現(xiàn)了以下兩個基本目標：第一，學生具備分析問題和解決工程問題的能力和協(xié)作精神。第二，通過理論和實驗教學系統(tǒng)而深入的訓練，學生具備采用系統(tǒng)的理論知識和實際技能，具有自主創(chuàng)新的精神和思維。

（2）課程設計改革

傳統(tǒng)的課程設計一般是按照各主干課分別設置的，鑒于我們學校的專業(yè)設置背景，不可能有這么多的學時。按照人才培養(yǎng)模式要求、知識體系的要求和時間的限制，我們把課程設計內(nèi)容定為以專業(yè)方向設計為主線，貫穿所有課程的內(nèi)容，完成一個完整的項目設計過程。

基于CDIO 工程教育思想，我們把課程設計分解為一個具有3 級項目的工程。項目設計的核心思想是鼓勵學生進行主動學習和綜合學習，開展學術研討活動，推動學生學習系統(tǒng)構建、模型分析、算法比較、仿真開發(fā)、科學結論分析等技能。在課程設計項目中，教師只起引導作用，通過專題講座、技術研討、方案研究等形式啟發(fā)學生的創(chuàng)新思維。通過CDIO 模式下的課程設計，學生對于所選研究對象進行系統(tǒng)模型分析計算，可以培養(yǎng)用數(shù)學邏輯方法準確描述電力系統(tǒng)拓撲結構、反映系統(tǒng)行為的參數(shù)體系、系統(tǒng)行為的能力。

（3）實訓改革

我們認為應提出實訓概念，將實訓貫穿于整個教學體系，實訓教師的主體為企業(yè)兼職教師。“實訓”現(xiàn)階段不僅已寫入中國教育部文件；中國業(yè)也涌現(xiàn)出500多家實訓基地，實訓變成了一個產(chǎn)業(yè)。我們按照人才培養(yǎng)過程將實訓分解為3種：課程實訓、項目實訓和企業(yè)實訓，3種實訓都以團隊方式進行。

課程實訓主要是在教師的指導下進行以學習課程為目的的實訓，通過實訓項目掌握課程的知識點和立論點；項目實訓是在項目經(jīng)理的指導下針對每個學期所學課程設計的實訓項目。各年級的項目實訓不同，均以解決問題、實現(xiàn)要求、做出產(chǎn)品為目的。項目實訓必須完成一個產(chǎn)品，對教師的案例設計要求非常高。企業(yè)實訓是在三年級所有課程后、實習之前，把學生送到企業(yè)，封閉一個月，按照員工的要求做一個項目，從設計、開發(fā)到交付，全面考核學生能否成為一個合格的員工。通過3種實訓構成了較完整的人才培養(yǎng)體系。實訓有效地提高了學生的自學能力、表達能力、團隊合作和動手能力。

（4）畢業(yè)設計改革

“教育就是創(chuàng)造學生的價值”，我們基于CDIO模式，進行了“產(chǎn)學研”相結合的畢業(yè)設計過程改革。CDIO 工程教育思想是讓學生以主動、實踐和課程之間有機聯(lián)系的方式學習工程技術。教學過程中加強與社會各行各業(yè)特別是專業(yè)技術行業(yè)的聯(lián)系，這也是當前高等教育改革與發(fā)展的趨勢之一。我們基于CDIO 工程教育思想，實施按“產(chǎn)、學、研”相結合的模式來組織和管理為期一年的畢業(yè)設計（包括畢業(yè)實習）的教學過程，建立了“三環(huán)節(jié)”管理模式。

教師通過產(chǎn)學研合作，真正做到理論與實踐相結合。通過科研使教師自身的業(yè)務素質(zhì)、實踐能力、創(chuàng)新能力得到鍛煉和提高，不僅豐富了教學內(nèi)容，進一步提高了教師指導畢業(yè)設計的水平，而且豐富的課題為學生開展畢業(yè)設計提供了實際的工程設計項目，使學生在走出校門前有機會直接參與實際科研項目的選題、論證、設計和研究工作，使學生的畢業(yè)設計從單純教學環(huán)節(jié)逐步與生產(chǎn)實際、科研工作和學生的就業(yè)緊密結合，強化了學生認識社會、服務社會的意識，從而從根本上提高了學生的科研能力和實踐動手能力。

5 結語

通過實施基于CDIO 的實踐性教學環(huán)節(jié)的改革措施，實現(xiàn)基礎知識成系統(tǒng)，實驗、實訓、實習成系統(tǒng)，且二者交融，明確解決教什么，怎么教的問題。構建的SESC-CDIO高技能人才培養(yǎng)模式注重校企合作，工學結合，并充分利用企業(yè)的優(yōu)勢資源。強調(diào)學生基礎知識、創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作能力的培養(yǎng)，強調(diào)做人與做事有機結合，做人通過做事體現(xiàn)，做事通過做人保證，在培養(yǎng)過程中注重人文精神和企業(yè)文化的熏陶，從而使培養(yǎng)出的高技能人才具備良好的職業(yè)道德、創(chuàng)新意識和團隊合作能力，成為具有國際視野、國際理念和國際競爭力的高技能人才。因此，可以認為，這種教學模式的改革無論是對于學生，還是對于教師、學校乃至社會都是有利的。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2010.20.104

2010年黑龍江省新世紀高等教育教學改革工程項目、2010年黑龍江工程學院教育教學改革工程項目基金資助及2008年黑龍江工程學院教育科學規(guī)劃課題

電氣工程及其自動化；實踐性教學；CDIO；改革與實踐